Дружба традиционного и цифрового искусства в современном мире. Часть 1 Знакомство и общие понятия

Давным-давно, в незапамятные времена, когда человека еще сложно было назвать человеком, или гораздо раньше — появилась тяга к самовыражению.
Стуком была создана музыка, следами были созданы картины.

С тех пор человек подчинял себе новые и новые материалы и способы их обработки. Нам покорился мрамор, метал, масло, шкуры и даже кости. Нет материала, который мы не можем превратить в искусство. С помощью химикатов мы даже научились консервировать кусочки мира, захватывая звук винилом и замораживая свет в фотопленке.
Все это, созданное руками в реальном мире, называется «traditional art» или «традиционное искусство»

Но как только заходит разговор о чем-то традиционном, на краю сознания зарождается мысль, что должно быть и что-то другое. Нечто противоположное, новое, бунтарское, может быть даже непризнанное.

Не так давно человечество создало и поработило вычислительные устройства нового типа. Могучие Электронно-вычислительные машины или ЭВМ. Невероятные аппараты, способные хранить, преобразовывать и воспроизводить информацию. Почти сразу же человек попробовал использовать этот новый инструмент для искусства. И, если обычно в искусстве новый инструмент создает нишевое направление, а вскоре быстро уходит в небытие, то цифра изменила все. Музыка, графика, рисование, скульптура — все, что было придумано человечеством за тысячелетия, получило в свое распоряжение новые невиданные инструменты.
Развитие стало настолько всеобъемлющим, что люди выделили искусство с использованием ЭВМ в отдельную категорию — digital art или Компьютерное искусство(в более узком случае — CG-Computer Graphic).

Далее слово "компьютер" будет использоваться как синоним любого цифрового устройства.

Мой личный опыт прослушивания лекций подсказывает, что очень скучно слушать монотонную теорию, не зная, что ты можешь с ней сделать. Поэтому я сначала накидаю вам пару интересных примеров, а потом мы уже подробней разберем, что это было.

Когда мы слышим «искусство», то обычно представляем шедевры традиционного толка: Мона Лизу, Сикстинскую капеллу, Давида или, может быть, Эйфелеву башню.

Как только появляется приставка «цифровое», сразу в голову лезут мемасы из интернета, фурри арты и плохо замазанные усы Супермена. Человеческое сознание еще не успело свыкнуться с мыслью, что с помощью компьютера можно создать нечто монументальное. На самом деле, эпоха, когда цифра лишь пыталась догнать реальный мир или была его жалкой пародией, уже миновала. Мы живем в эру, когда технологии позволяют создавать грандиозные и ранее невозможные вещи.

Начнем с простого. Художник может использовать компьютер, как замену традиционным средствам рисования. К примеру, изобразить животное.

Или фентези-арт с высоким уровнем детализации

Обычные изображения, разной сложности. Ничего такого, что нельзя было бы сделать кистью и бумагой, имея достаточную долю терпения.

Так что давайте пойдем дальше, придумаем что-то интересное. Что-то, чего можно достичь только технологиями.
К примеру, мы можем поделиться цифровым холстом со всем миром. Разрешим любому человеку в любой точке мира ставить на него маленькие цветные точки и посмотрим, что выйдет. Без интернета на это ушло бы бесконечное количество времени. Альтернативный пример

Или заставить компьютер визуализировать сложнейшие математические расчеты. На такой кадр потребовались бы сотни жизней лучших математиков.

Можно добавить к рисункам третье измерение. Сделать графику трехмерной.

Не стоит скрывать, что компьютерная графика уже много лет изменяет реальные сьемки, добавляя в фильмы фантастические элементы.

А с недавних пор компьютерная графика стала просачиваться и в реальный мир. В сериале "Мандалорец" актеры снимались в павильоне, на стены которого компьютер проецировал фон, изменявшийся в реальном времени.

С помощью компьютера можно заставить двигаться двухмерные изображения таким образом, чтобы создавалась иллюзия объёма

Можно симулировать пространство, которое нарушает привычные нам законы физики и геометрии.

Можно бесконечно играться со стилизацией, к примеру добавить в игру элементы акварельного рисунка, пастели, добиться атмосферы иллюстрации

Превратить все в вязанные игрушки

Собрать сцену из нарисованных на бумаге кусочков

Или удариться в совершенно противоположную сторону и попытаться сделать картинку настолько реалистичной, насколько возможно.

Теперь, когда мы знаем, что цифровое искусство существует и что оно может создавать ВАУ-эффект, пришло время поковырять немного теории.
Не самое интересное занятие в мире, но довольно полезное. И необходимое для дальнейшего понимания «крутых штук».
То, что я расскажу дальше является довольно условной и упрощенной классификацией. Существует множество нюансов и исключений, которые я посчитал возможным опустить в виду их узкой направленности.

Компьютерную графику можно разделить на двухмерную и трехмерную.
Для упрощения понимания: двухмерная графика — это аналог картин, холстов, бумаги, туши, угля и всего прочего.

Трехмерную графику же можно считать аналогом скульптуры.

2D графика в свою очередь делится на векторную и растровую. Оба типа имеют свои преимущества и недостатки и нельзя выделить тот, что лучше.
Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку (мозаику) цветных точек. В грубом представлении мы говорим нашему компьютеру «холст на самом деле мозаика из 1920*1080 точек», а потом раскрашиваем каждую из этих точек.

Такие изображения окружают нас повсеместно. Это фотографии, картинки, мемы, скриншоты экрана итд итп. Почти все, что окружает нас в интернете и на экранах. Благодаря тому, что точки в этой мозаике очень маленькие, мы видим целостное изображение. Но стоит приблизить отдельный кусочек и иллюзия пропадает. Котик становится жалким набором пикселей.

Векторная графика — способ представления объектов и изображений (формат описания) в компьютерной графике, основанный на математическом описании элементарных геометрических объектов. В грубом представлении, мы говорим нашему компьютеру «на нашем холсте есть такие то фигуры, такой то формы и следующих цветов»

Обычно векторную графику используют для создания изображения. А потом уже cохраняют в растр и используют. Главным преимуществом вектора является бесконечная масштабируемость. Если мы возьмем растровый круг диаметром в 64 пикселя и увеличим его до 10 метров, то каждый пиксель будет размером почти в 16 сантиметров, и вместо круга у нас получится многоугольник. Векторный круг же останется идеальным кругом и при 10 метрах, и при 10 миллиметрах, и даже если мы сделаем его размером с самолет или уменьшим до размера игольного ушка.

Это очень полезно когда нам предстоит сильно масштабировать наше изображение, к примеру, в рекламе. Нарисовав один векторный логотип, мы можем использовать его и на огромных баннерах, и на крошеных визитках,
и в компьютерных играх, где векторный человечек будет смотрится одинаково хорошо при любом разрешении экрана.
Также векторная графика — друг аниматоров. Сказать компьютеру «следующие 30 кадров двигай круг в правую сторону на 2 метра» гораздо проще, чем двигать точки растрового изображения для этих 30 кадров,
и, уж тем более, проще, чем руками нарисовать 30 листов с 30 кругами, а потом объединять в анимацию.

Но если все так хорошо, то почему растр чаще используется?
Вернемся к картинке с котом. Чтобы картинка была похожа на кота, нам достаточно описать всего 1280 x 997 точек. Используя фотокамеру мы можем сделать это мгновенно.
Но что если мы захотим представить его в векторе? Сколько геометрических фигур в коте? Нам придаться потратить невероятное количество времени на превращение кота в простую геометрию. Скорей всего каждая его волосинка станет отдельной линией, каждая смена цвета потребует своей математической формулы. И в итоге мы получим невероятно большой файл, требующий огромных вычислительных мощностей и все ради того, чтобы показать банального кота.

Давайте воспользуемся автоматическим конвертером из растра в вектор и посмотрим что получится.

На первый взгляд картинки похожи, но, если мы присмотримся, то увидим, что вектор сильно потерял в детализации. Отдельные волосинки слились в цветные пятна, сложные изменения цвета стали простыми градиентами.
При этом вес файла увеличился в 6 раз! А любое действие с такой картинкой занимает больше времени.

Вот уже 10 минут я сижу и смотрю на пустой экран, хочется сказать слишком много и сложно выбрать с чего начать. Поэтому я начну с эмоций — ярких, негативных и удивительно справедливых.
Иногда некоторые авторитетные люди, к примеру, лекторы некоторых курсов говорят страшную фразу. Формулировка у этой фразы может быть разной, но суть её звучит примерно так: «Трёхмерная графика — это, когда ты двигаешь полигоны».
Эта фраза совершенно некорректна, несправедлива и заставляет сильно сомневаться в компетентности её произносящего.

Полигональное моделирование лишь один из подразделов трёхмерной графики. Таких разделов от трех до шестнадцати или даже больше, зависит от того, кого ты спросишь. Не существует единой классификации, и люди постоянно спорят на эту тему. Мы рассмотрим самые явные разделы и постепенно дойдём до полигонов.

Говоря о 2d графики мы начали с растровой, поэтому здесь будет логично начать с вокселей.
Напомню, что растровая графика — это условная мозаика из цветных точек-пикселей. Но, что если мы будем складывать такую мозаику не только в плоскости, но и в высоту? Превратим её в условное лего? Тогда мы получим воксели — объёмные пиксели.

На примерах сразу видна основная проблема такого типа моделирования —разрешение. Что бы мы не пытались сделать — получится конструктор лего, Нужно слишком большое разрешение, чтобы глаза перестали видеть кусочки, из которых состоит объект. Также вексельная графика требует очень много памяти и вычислительных ресурсов. Сразу уточню, что есть методы сглаживания и оптимизации, но они не решают проблему полностью.
На практике вексельная графика используется в
1) искусстве. С ней относительно просто работать художнику, а стилизация придает результату некоторый шарм.
Могу посоветовать попробовать программу MagicaVoxel. Она бесплатная и предоставляет довольно широкие возможности. Именно в ней сделаны примеры размещенные выше.

2) медицине, геологии и прочих науках, где важно содержание. Важным преимуществом векселей является то, что они описывают весь объём. Содержимое каждой конкретной точки. Будь то пустота или материя. Это важное свойство для медицины. К примеру, можно записать результаты сканирования в воксельную модель.

3) в играх. Кто бы мог этого ожидать? Причем используется это куда шире, чем кажется. Существуют полностью воксельные игры, такие, к примеру, как Вангеры. Игры, где лишь отдельные элементы воксельные. К примеру, Astroneer, где изменение вексельного ландшафта — основная механика игры, но при этом сами космонавты и их снаряжение воксельными не являются. Или даже в традиционных играх для улучшения отдельных элементов. К примеру, для расчета освещения или симуляции воды.
В целом, главное преимущество вокселей — это опять же хранение информации о всем объёме. Это позволяет реализовывать самые разные симуляции.
К примеру, teardown использует это для полной разрушаемости окружения
или Starbase, которая смотрится еще внушительней, но не факт, что реально существует.

Вроде разобрались с трехмерным аналогом растрового изображения, а что насчет вектора? Вот тут начинаются проблемы и вылезают те самые "16 подтипов", но мы разделим на 2 крупных и будем держать в уме, что у каждого есть еще пять внутренних подтипов.

Как можно догадаться из названия, в нем объекты создаются с помощью задания параметров. К примеру, "Прямоугольник с гранями по 2мм"

На практике применяется в инженерном деле, специально для него и создан.
Как только дело заходить о станках, параметрическое моделирование сразу выходит на сцену. Никто не хранит информацию о размерах лучше него.

Искусство и архитектура
Когда мы хотим сделать что-то сложное и, чтобы оно не развалилось, полезно сначала провести расчеты. И очень удобно, когда есть компьютер, на который эти расчеты можно переложить.

Игры и визуальное искусство.

Параметрический созданные модели не очень подходят для игр и их внешний вид не вызывает "вау" в чистом виде.
Но они могут послужить хорошей основой для дальнейшей работы.

В нем 3d модели определяются наборов вершин и связями между этими вершинами(ребра, грани итд). Самый простой пример: 3 соединенные точки образуют полигон.

Именно этот тип 3д моделей чаще всего(но далеко не всегда) используют в играх. Марио, Кратос, 2b и другие любимые герои — это лишь набор треугольников (или n угольников, зависит от движка), которым задали параметры. Конечно, в наше время уже никто не задает координаты каждой точки вручную, существуют десятки инструментов для ускорения создания форм. Тот же куб входит в состав базовых фигур.

Также стоит упомянуть подтип/метод/инструмент полигонального моделирования Sculpting — скульптинг.
Во время скульптинга мы будто работаем с глиной. Чаще всего это достигается созданием сотен тысяч полигонов.

И, вступая на совсем скользкую дорожку, я также внесу симуляции и частицы в подтип полигонального моделирования. Это некорректно технически, но в реальной работе они часто идут рука об руку, поэтому считаю уместным рассказать о них в данном разделе.
Симуляции проводит компьютер используя сложные математические расчеты. Вам не нужно вникать в них сейчас, а лучше посмотрите на пример.

Рисовать такое вручную заняло бы неоправданное количество времени, а с помощью компьютера мы можем автоматизировать и ускорить процесс.

Давайте перейдем к более абстрактным, красивым и чаще встречающимся словам.

hard surface и organic modeling

Эти понятия описательные, четких правильных определений у них нет.

hard surface — это все, что твердое. Машины, броня, оружие, артефакты, предметы быта.

Следует думать именно о форме: жесткие грани, ровные поверхности, четкие фигуры. На картинке ниже будут примеры hard surface объектов, созданных совершенно различными способами.

organic modeling — "живые обьекты", которые не обязаны быть живыми. Я бы скорей сказал "деформируемые" "мягкие". Люди, звери, одежда, подушка, цветы, деревья, иногда даже скалы и кирпичная кладка.

Мы пробежались по верхам мира компьютерной графики,
посмотрели какой она бывает, и что с помощью неё можно создать.
Теперь нас ждет небольшой перерыв и разговор о взаимодействии с классическим искусством, и профессиях где это применимо.